一种双塔镁法烟气脱硫工艺的制作方法

本发明涉及镁法烟气脱硫，尤其是涉及对镁法烟气脱硫工艺和脱硫产物综合利用工艺的改进。

背景技术：

镁法烟气脱硫按照脱硫产物的不同可分为氧化镁-亚硫酸镁法和氧化镁-硫酸镁法，前者脱硫系统包括中和单元和吸收单元，不设置氧化单元，其最终脱硫产物即为一次脱硫产物-亚硫酸镁；后者脱硫系统包括吸收、中和、氧化三个反应单元，氧化单元与中和单元在塔底同一腔体中，一次脱硫产物亚硫酸(氢)镁在塔底被鼓入的空气氧化为硫酸镁，同时部分亚硫酸氢镁被(氢)氧化镁中和生成亚硫酸镁继续进行脱硫吸收。在脱硫运行工艺参数方面，氧化镁-亚硫酸镁法吸收液ph值通常被控制在6.0-6.5，以同时兼顾中和(ph越低越好)和脱硫吸收(ph越高越好)的要求，其喷淋液气比为4-6l/m³；而氧化镁-硫酸镁法，由于亚硫酸镁在低ph下具有更高的溶解度，利于氧化反应的进行，为此，其吸收液的ph值通常被控制在6.0以下，相应的，其喷淋液气比需达到6-8l/m³才能满足脱硫吸收的要求。为此，后者的脱硫吸收能耗要比前者高，加之增加的氧化能耗，后者的脱硫能耗要比前者高30％以上。

虽然氧化镁-亚硫酸镁法相对于氧化镁一硫酸镁法具有明显的节能优势，但其传统的脱硫产物综合利用方式(将亚硫酸镁焙烧热分解回收氧化镁)投资大、设备腐蚀严重、回收成本高，目前通常的做法是将其填埋处置，无法实施综合利用。同时，对于脱离脱硫循环系统的亚硫酸镁浆液，虽然其作为还原性物质在理论上也可以被空气氧化，但在实际工程中极其难以被氧化，此点已成为行内共识，但其成因并未明确。通过大量的理论和实验研究，我们得出的结论是：氧化镁-亚硫酸镁法产生的亚硫酸镁浆液脱离脱硫循环系统后，浆液温度下降、ph升高并呈碱性(脱硫系统通常脱硫剂过量2-10％)，造成被氧化物质亚硫酸镁溶解度呈数量级的下降，进而造成空气强制氧化的气液传质效率降低，使亚硫酸镁极难被氧化，综合利用回收硫酸镁难以实施。

国内清华大学国家863项目组基于低成本回收工业级硫酸镁的目的，申请了多项镁法脱硫产物回收硫酸镁产品的专利。其虽然也已经意识到亚硫酸镁浆液在脱硫循环系统外难以被氧化的特点，在其授权专利(cn100335154c)中明确了“一旦脱离循环，极难氧化”，但其并未研究成因，更未就此针对性地提出解决方案，造成其授权专利无实用性。其授权专利cn100335154c《一种氧化镁烟气脱硫及产物浓浆法氧化回收工艺》提出：采用空气氧化排出脱硫系统的亚硫酸镁浆液，并在氧化过程中对浆液外部加热保温(升温)以防止氧化生成的硫酸镁结晶，此举客观上也同时起到了提升氧化浆液温度，提高被氧化物质亚硫酸镁的溶解度的作用，但其仍未解决对氧化反应影响更大的溶液ph升高问题，氧化传质效率仍然很低，同时需消耗保温蒸汽。基于生成高浓度硫酸镁溶液，降低后续硫酸镁产品结晶能耗的目的，清华大学另一项授权专利cn101530725b《一种氧化镁湿法脱硫产物及自浓集回收工艺》提出了在脱硫塔前设置浓缩塔，将脱硫生成的亚硫酸镁浆液与全部烟气在浓缩塔内进行气液传质，并在浓缩塔底设置氧化系统氧化亚硫酸镁浆液。该方法在解决脱硫产物浓缩的同时，客观上也实现了对亚硫酸镁浆液的酸化和保温，提高了氧化传质效率，但由于其采用全部的烟气在浓缩塔内与脱硫产物(亚硫酸镁浆液)进行气液传质，浓缩系统在投资和能耗方面甚至超过了脱硫系统。为此，上述两项授权专利均未有实际成功应用业绩。

技术实现要素：
：

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种双塔镁法烟气脱硫工艺，该工艺采用脱硫吸收单元和脱硫产物氧化单元分离设置的方式，使绝大多数烟气的脱硫吸收反应在传质效率高、能耗低的氧化镁-亚硫酸镁脱硫体系内进行；采用少量烟气对氧化镁-亚硫酸镁脱硫体系的脱硫产物亚硫酸镁浆液进行升温、酸化，使氧化反应在较高反应介质浓度和反应温度下进行，提高氧的利用率，降低氧化能耗，同时实现对该少量烟气的脱硫，从根本上解决脱离脱硫循环体系统的亚硫酸镁浆液的氧化问题，同时使过量的脱硫剂在氧化塔内完全反应，节约了脱硫剂。

本发明技术方案如下：

一种双塔镁法烟气脱硫工艺，它包含一个脱硫塔(2)和一个氧化塔(10)，脱硫塔(2)采用氧化镁-亚硫酸镁脱硫体系；氧化塔(10)采用氧化镁-硫酸镁脱硫和氧化体系，它包括以下步骤：

步骤1、将原烟气分成两部分，大部分原烟气引入未设置脱硫产物氧化系统的脱硫塔(2)，采用镁基吸收液与烟气进行气液传质，脱除烟气中的so2，生成亚硫酸镁浆液；

步骤2、将上述亚硫酸镁浆液引入氧化塔(10)，采用小部分原烟气与亚硫酸镁浆液进行气液传质，使亚硫酸镁浆液升温和/或酸化，烟气中的二氧化硫被部分脱除；

步骤3、向氧化塔(10)内通入空气，将浆液中的亚硫酸镁氧化为硫酸镁后排出氧化塔。

上述的双塔镁法烟气脱硫工艺，所述的将亚硫酸镁浆液引入氧化塔(10)前脱除其中的部分水份，使排出氧化塔浆液中的硫酸镁溶液浓度满足硫酸镁综合利用生产的要求。

通常是控制氧化塔排出的硫酸镁溶液的浓度在该温度下的结晶介质稳区内，以最大限度地降低后续硫酸镁产品的结晶能耗。

上述的双塔镁法烟气脱硫工艺，所述的排出氧化塔(10)的浆液中不含(氢)氧化镁。

上述的双塔镁法烟气脱硫工艺，步骤2所述的小部分原烟气占总原烟气的2％-25％，优选的是2-10％。

从理论上讲，只要亚硫酸镁浆液中通入原烟气，其必然产生升温和/或酸化的效果，也必然能够提高氧化传质效率，通入的原烟气量越大，脱硫塔内浆液的ph越低，温度越高，越利于氧化传质效率的提高，但过大的原烟气通入量会造成氧化塔规模过大，氧化单元的投资和运行成本提高，氧化塔的脱硫效率降低。优化的烟气通入量是使进氧化塔亚硫酸镁浆液中的(氢)氧化镁被完全中和反应，使亚硫酸镁浆液ph小于6.0。

上述的双塔镁法烟气脱硫工艺，可以多台脱硫塔(2)配置一台氧化塔(10)组成双塔镁法烟气脱硫工艺。

本发明的有益之处在于：

从脱硫角度而言：相对于同样以硫酸镁为脱硫产物的氧化镁-硫酸镁脱硫工艺，本发明的吸收系统和氧化系统能耗均降低20％以上；脱硫剂的利用率趋近于100％，氧化空气的利用率由接近30％提高到38％以上。虽然需额外设置氧化塔，但由于氧化使用的原烟气仅占总原烟气的2％-25％左右，其投资和运行成本均较低，而脱硫系统的综合运行成本仍降低15％以上。从硫酸镁综合利用角度而言：在采用上述脱硫工艺的前提下，通过简单的将亚硫酸镁浆液脱水再进入氧化塔氧化的手段，可在使用少量烟气的前提下达到同样的浓缩目的，从而使硫酸镁回收具备了经济价值。

对于多套镁法脱硫系统，按照本发明技术方案实施氧化镁-亚硫酸镁法脱硫系统与氧化塔(氧化镁-硫酸镁法脱硫系统)的配置，可在降低脱硫运行成本的同时，解决亚硫酸镁废渣处理问题。同时，对于烟气蒸发能力较低或脱硫产物亚硫酸镁占比较低的脱硫体系，采用本工艺也能达到对硫酸镁溶液提浓的目的。

附图说明

图1为本发明的工艺流程示意图。

图2为本发明提供的针对常规烟气的一种双塔烟气脱硫工艺流程图。

图3为本发明提供的针对低温烟气的一种双塔烟气脱硫工艺流程图。

图4为本发明提供的针对多套脱硫系统联用的一种双塔烟气脱硫工艺流程图。

其中：1为原烟气烟道，2为脱硫塔，3为脱硫塔塔底储液段，4为脱硫塔喷淋层，5为除雾器，6为湿烟囱，7为固液分离器，8为脱硫塔塔前预冷却喷淋，9为氧化镁配料罐，10为氧化塔，11为氧化塔塔底储液段，12为氧化塔喷淋层，13为氧化风机，14为氧化塔塔前预冷却喷淋，15为支路烟道。

具体实施方式

如工艺流程图图1所示：经过除尘处理的大部分原烟气经原烟气烟道1进入脱硫系统，经脱硫塔塔前预冷却喷淋8喷淋冷却后送入脱硫塔2，与脱硫塔喷淋层4喷出的脱硫循环浆液逆流接触吸收so2，经过除雾器5除雾后经塔顶湿烟囱6排空，脱硫塔塔底储液段3不设置脱硫产物氧化系统。作为脱硫剂的氧化镁粉，在氧化镁配制罐9进行配浆，氧化镁浆料进入脱硫塔2进行循环喷淋吸收。部分脱硫循环浆液进入固液分离器7，固液分离器底流引入氧化塔10，稀相溶液泵入脱硫塔塔前预冷却喷淋8和/或氧化塔塔前预冷却喷淋14对原烟气进行冷却降温。同时，经过除尘处理的小部分原烟气经支路烟道15进入脱硫产物氧化系统，经氧化塔塔前预冷却喷淋14喷淋冷却后进入氧化塔10，与氧化塔喷淋层12喷出的循环浆液气液传质，将其升温和/或酸化，过量的(氢)氧化镁被中和。由氧化风机13向氧化塔底储液段11鼓入氧化空气，氧化其中的亚硫酸(氢)镁，完成氧化的硫酸镁溶液外排或综合利用回收硫酸镁。完成气液传质的小部分原烟气视其出氧化塔的so2浓度，对照需执行的环保排放标准，可选择直接达标排放、与脱硫塔净烟气混合后达标排放、进脱硫塔深度处理后达标排放。

按上述工艺流程，我们对三个不同行业不同种类的烟气实施了脱硫和脱硫产物的氧化，详细参数见实施例。

实施例1.常规烟气双塔烟气脱硫(混合后排放)

某企业工业锅炉工况烟气量300000m³/h，so2浓度为1800mg/m³，烟温为145℃。按上述发明的工艺流程设置脱硫塔(2)直径6600mm，高18000mm；氧化塔(10)直径1000mm，高12000mm，脱硫塔(2)脱硫效率高达97.75％，脱硫塔(2)出口so2浓度仅为32.6mg/m³。采用2％的原烟气在氧化塔(10)内与循环浆液逆流接触后，so2浓度下降至130.5mg/m³，氧化塔(10)内浆液硫酸镁浓度为33.2％，氧化空气氧利用率达到42.6％。将氧化塔(10)出口烟气引入脱硫塔(2)烟囱中与脱硫塔排放烟气混合排放，混合后的烟气so2浓度仍能满足《gb13271-2014锅炉大气污染物排放标准》的要求。

实施例2.低温烟气(二次脱硫)

某企业有色窑炉工况烟气量为350000m³/h，so2浓度为2200mg/m³，烟温为45℃。按上述发明的工艺流程设置脱硫塔(2)直径7000mm，高18000mm；氧化塔(10)直径3600mm，高15000mm。较低的烟温使脱硫塔前无需设置预冷却喷淋系统，固液分离器中的部分稀相溶液部分外排。氧化塔(10)内通入25％的原烟气酸化循环浆液，提高亚硫酸镁氧化速率，实现了浆液提浓，其硫酸镁浓度达到了27.6％，成功解决了烟气无蒸发能力脱硫系统的浆液提浓问题。氧化空气氧利用率达到42.3％。氧化塔(10)出口so2浓度为427mg/m³，烟气引入脱硫塔(2)内进行二次脱硫后达标排放。本实施例的成功实施说明本发明可适用于有色、化工等行业中脱硫系统大量生成硫酸镁的高含氧烟气和硫酸生产尾气，以及一些低温(40-80℃)无蒸发能力的烟气。

实施例3.多套脱硫系统的联用(直接排放)

某厂有12台锅炉，工况烟气量均为100000m³/h，so2浓度为1260mg/m³，烟温为135℃。其中11台锅炉烟气脱硫采用氧化镁-亚硫酸镁法脱硫系统，1台锅炉烟气通入氧化塔(氧化镁-硫酸镁法脱硫系统)进行脱硫，并采用上述11台锅炉脱硫产生的亚硫酸镁浆液作为脱硫剂，如图4所示。氧化塔(10)出口so2浓度为42mg/m³，已经满足《gb13223-2011火电厂大气污染物排放标准》中的要求，可直接排放。出氧化塔浆液硫酸镁浓度为34.6％，氧化空气氧利用率达到38.3％。